Revisión bibliográfica de algunos temas diversos de microbiología

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Revisión bibliográfica de algunos temas diversos de
microbiología
Microbiología General I, Facultad de Estudios Superiores Zaragoza, Universidad Nacional
Autónoma de México, C.P. 09230, Av. Guelatao 66, Ejército de Oriente, Ciudad de México,
México.
29 /Octubre/2021.
Resumen
En el presente trabajo se desarrollaron temas que competen al programa de Microbiología
General I de la Facultad de Estudios Superiores Zaragoza, como lo son quimiostato y
turbidostato, taxonomía numérica, dendrogramas, manual de Bergey’s y cepas de referencia.
En cuanto a la recopilación de información se utilizaron libros de texto en PDF, páginas y
documentos de libre consulta en la web.
QUIMIOSTATO Y TURBIDOSTATO
Introducción
Dentro de los tipos de fermentación se
encuentra la de tipo contínua, en el cual
se desarrolla un crecimiento dentro de un
sistema abierto en donde además se
debe realizar un suministro constante de
nutrientes así como una eliminación
contínua de residuos. La fermentación
contínua logra mantener a las células en
fase logarítmica o exponencial a una
concentración constante de biomasa
durante largos periodos de tiempo, y para
lograr lo anterior se emplean sistemas de
cultivos contínuos como los de: de control
interno (turbidostato) y de control externo:
(quimiostato). 1
Turbidostato
Se trata de un dispositivo de cultivo
contínuo empleado para el estudio de los
factores que incrementan o disminuyen la
tasa de crecimiento (Ver figura 1).
Funciona por retroalimentación que
mantiene constante la densidad celular,
de modo que ningún factor nutricional se
hace limitante. Para ello utiliza las
medidas de la concentración celular y la
tasa de crecimiento específica para
realizar el control, además se considera
un sistema de control interno porque es
la misma concentración de bacterias la
que regula el flujo de entrada y de salida
(por medio de un mecanismo electrónico
basado en la medición y control de la
densidad óptica del cultivo). 1,2
Figura 1. Turbidostato
Las ventajas que presenta este sistema
es que permite operar por periodos largos,
tiene un costo de operación bajo, el
cultivo se mantiene con coeficientes de
crecimiento constante, composición
celular constante, en cambio los
inconvenientes que pueden presentarse
en un turbidostato son varias y entre ellas
se encuentran: el difícil manejo y ajuste
del equipo, la tendencia de las bacterias a
adherirse a superficies como las paredes
internas además de presentar una
velocidad de dilución variable, requiere de
esterilización contínua, posibilidad de
mutación debido al incremento de FAGOS
por los cambios genéticos debido a la
presencia de plásmidos. 3
Quimiostato
Un quimiostato es un tanque de
producción que de igual manera permite
mantener el crecimiento bacteriano en
una fase de crecimiento exponencial,
muchas veces esto se realiza con un fin
industrial como lo es la producción de
antibióticos2, aunque en bajas
concentraciones de sustrato permite
estudiar aspectos fisiológicos, selección
de mutantes y estudios ecológicos.3 Este
aparato está formado por un recipiente de
cultivo equipado con un sifón de
decantación y un mecanismo para
abastecer medio fresco a un ritmo
regulado. El medio en el recipiente de
cultivo es agitado por una corriente de
aire estéril; cada gota de medio fresco
que entra saca una gota de medio del
reservorio (Ver figura 2). El medio se
prepara de tal manera que un nutriente
limita el crecimiento. El recipiente se
inocula y las células crecen hasta que se
termina el nutriente limitante; entonces se
permite que el medio fresco fluya al
interior a un ritmo tal que permita que las
células utilicen el nutriente limitante tan
rápido como es abastecido. En estas
condiciones, la concentración de células
permanece constante y la tasa de
crecimiento es directamente proporcional
a la tasa del flujo de medio. El cultivo
continuo es similar a las condiciones de
los organismos que se encuentran en el
mundo real (p. ej., el cuerpo humano),
donde los nutrientes limitantes se
reemplazan de forma constante.
Figura 2. Quimiostato
Las ventajas de un quimiostato ante un
turbidostato es que los microorganismos
pueden cultivarse a una amplia variedad
de tasas de crecimiento exponencial,
mientras que el turbidostato se cultivan en
un rango estrecho de valores. Además el
quimiostato permite elegir la densidad de
células en la que se quiere trabajar.4
La siguiente tabla condensa las diferencias entre un turbidostato y un quimiostato
Quimiostato Turbidostato
Un sistema en el que la composición química
se mantiene a un nivel controlado, para el
cultivo de microorganismos
Dispositivo de cultivo microbiológico continuo,
que tiene retroalimentación entre la turbidez del
recipiente de cultivo y tasa de dilución
La composición química del medio es
constante
La turbidez del medio es constante
El medio fresco se agrega continuamente a la
misma velocidad que la eliminación de
productos
Los medios frescos se agregan
automáticamente, manteniendo una turbidez
constantes
La tasa de dilución permanece constante La tasa de dilución varía
Procede con un nutriente limitante No tiene un nutriente tan limitante
Tabla 1. Diferencias turbidostato y quimiostato
TAXONOMÍA NUMÉRICA
La taxonomía numérica es un esquema
de clasificación popularizado en la
década de 1970 en donde se establecen
tantas características como sea posible, y
hay que considerarlas de forma que
puedan expresarse de una forma
alternativa (+ 0 -). La valoración de las
combinaciones de características debe
realizarse con ordenadores, para ello se
compara cada carácter de cada cepa con
cada carácter de todas las cepas. La
semejanza entre las cepas investigadas
es tanto mayor cuanto mayor es la
relación entre las características
concordantes con respecto al total de las
características consideradas. Para la
comparación por parejas se utiliza el
coeficiente de semejanza (coeficiente S).
Se define como5:
Ecuación 1.
Coeficiente de semejanza
En dónde se indica como a y d la suma de
características en las que coinciden la
cepa A con la cepa B (a: ambos positivos;
d: ambos negativos), b es la suma de
características positivas en A y negativas
en B y, finalmente, c es la suma de
características en las que A es negativo y
B positivo. En los cálculos se obtienen
valores entre 1,0 y cero. S = 1 indica
100% de semejanza, esto es, identidad, y
un valor de S < 0,02 una diferencia total.
Los valores obtenidos se representan en
matrices de similitud y pueden
presentarse en forma de dendrograma (de
forma similar a como se haría un árbol
filogenético). La taxonomía numérica, no
obstante, no tiene ninguna relación con la
filogenia.5
Un ejemplo de la taxonomía numérica no
computacional es el Analytical Profile
Index (APITM), que utiliza una taxonomía
numérica para identificar una amplia
variedad de microorganismos de
importancia médica. El API consta de
varias tiras de plástico, cada una de las
cuales tiene 20 compartimentos pequeños
que contienen pruebas bioquímicas. Los
resultados de las pruebas con el API
permiten identificar a casi todos los
grupos numéricos que se derivan de estas
pruebas identifican distintas cepas
bacterianas en diversos grados de
similitud general (casi siempre > 80% en
el nivel de la especie) con base en la
frecuencia con la que comparten rasgos.
Además, la clasificación numérica
proporciona un porcentaje de frecuencia
con la que todas las cepas de cada grupo
exhiben características positivas. La
limitante de este método es que es un
sistema estático. Como tal, no tiene en
cuenta la evolución de las bacterias ni el
descubrimiento de bacterias patógenas
nuevas.mático de bacterias patógenas
nuevas.6
DENDROGRAMA
El dendrograma es un diagrama de árbol
que muestra los grupos que se forman al
crear conglomerados de observaciones
en cada paso y sus niveles de similitud. El
nivel de similitud se mide en el eje vertical
(alternativamente se puede mostrar el
nivel de distancia) y las diferentes
observaciones se especifican en el eje
horizontal.
Un dendrograma muestra las distanciasde atributos entre cada par de clases
fusionadas de manera secuencial. Para
evitar cruzar líneas, el diagrama se
expone gráficamente de tal modo que los
miembros de cada par de clases que se
fusionan son elementos próximos.
La herramienta Dendrograma utiliza un
algoritmo de clustering jerárquico. El
programa primero calcula las distancias
entre cada par de clases en el archivo de
firma de entrada. Después, se fusiona
iterativamente el par de clases más
cercano y se fusiona sucesivamente el
siguiente par de clases más cercano y el
siguiente más cercano hasta que se
fusionan todas las clases. Después de
cada fusión, se actualizan las distancias
entre todos los pares de clases. Las
distancias a las que se fusionan las firmas
de clases se utilizan para construir un
dendrograma.
El dendrograma se puede utilizar para
reducir la mala clasificación estadística del
análisis proporcionando la información
necesaria para combinar o separar las
clases de datos.
Dendrograma de asociación de los grupos de bacterias aislados en el Humedal de Jaboque.
MANUAL BERGEY´S
En 1923, David Bergey, catedrático de
bacteriología en la Universidad de
Pennsylvania, y cuatro colaboradores
más, publicaron Bergey’s Manual of
Systematic Bacteriology sobre la
clasificación en términos taxonómicos en:
la forma de clave y las bacterias
conocidas que han sido cultivadas o no, o
bien descritas. Se encuentra estructurado
en cinco volúmenes.
Volumen I: Trata del dominio Archae, y de
algunas bacterias gram negativas, como
las cianobacterias
Volumen II: Proteobacterias, bacterias
Gram negativas . Dividido en cinco
secciones (alfa, beta, delta, gamma y
épsilon proteobacterias), el reino
Proteobacteria agrupa a la mayor parte de
las bacterias gram negativas de
importancia clínica Neisseria, Brucella,
Legionella, Pseudomonas, Haemophilus,
Campylobac y Enterobacterias.
Volumen III: Tratará sobre los Gram
positivos con bajo contenido en G+C.
Aquí aparecerán géneros como
Staphylococcus, Streptococcus,
Enterococcus y Clostridium.
Volumen IV: Agrupa todos los Gram
positivos con alto contenido en G+C.
Entre los que se encuentran
Mycobacterium y Corynebacterium
Volumen V: Otras bacterias Gram
negativas, agrupadas en ocho secciones
diferentes. Los géneros más importantes
desde el punto de vista clínico son
Chlamydia, Treponema, Bacteroides. 9
CEPAS DE REFERENCIA
Un material de o sustancia de referencia
es aquella en la cual uno o más valores
de sus propiedades específicas son
suficientemente estables y homogéneas,
poseen trazabilidad y están claramente
establecidas como para poder utilizarlas
en la calibración, evaluación de un
método de medida o la asignación de
valores a materiales. Por cepa debe
comprenderse que se trata de una cierta
cantidad de células que descienden de un
único aislamiento de un cultivo puro, es
así que una cepa de referencia se obtiene
de manera directa a partir de una
colección nacional o internacional,
aquellos que se dediquen a la
comercialización de cepas deben ser
certificados conforme la ISO 9001.
Las cepas de referencia pueden incluir:
cepas positivas robustas con
características típicas, positivas con
crecimiento débil, bioquímicamente no
reactivas y cepas inhibidas. Algunos
ejemplos de cepas de referencia son los
siguientes:
● Cepas ATCC (American Type
Culture Collection):
Staphylococcus aures ATCC
29213, Escherichica coli 25922 y
Pseudomonas aeruginosa ATCC
27853.
● Cepas CECT (Colección Española
de Cultivos Tipo)
● Cepas NCTC (National Collection
of Type Cultures)
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https://www.academia.edu/16855077/Manual_de_bergey
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